高海拔、污秽、覆冰环境下超高压线路绝缘子交
直流放电特性及闪络电压校正研究
孙才新,舒立春,蒋兴良,司马文霞,顾乐观(重庆大学高电压与电工新技术教育部重点实验室，重庆400044)
摘要:根据在人工气候室内对交流160kN级染污瓷质、玻璃及35kV合成绝缘子以及一种形式的直流绝缘子大量的试验研究结果，得出了绝缘子在高海拔、污秽及覆冰条件下不同绝缘子的闪络特性，并分别分析了无覆冰时不同气压、污秽对绝缘子交、直流闪络电压的影响和高海拔污秽地区绝缘子覆冰量的变化对交直流闪络电压的影响；提出了不同海拔高度、污秽程度及覆冰量条件下试验中的各种绝缘子的交、直流闪络电压的初步校正公式及相应的特征指数。本文试验研究结果认为：绝缘子闪络电压随海拔升高、污秽加重和覆冰增加而呈幂函数或指数函数降低，而表征其下降速度的特征指数则与绝缘子型式、电压类别、污秽程度及覆冰量有一定关系。
关键词:海拔；污秽；闪络电压；校正；覆冰；特征指数
1引言
我国西电东送的南、北、中线路走廊都存在高海拔、污秽、覆冰综合作用的特殊环境地区。国内外研究结果和运行经验均表明，由于特殊环境下绝缘子串的闪络电压降低，闪络事故时有发生^[1,2,4]。目前，虽然对低气压下污秽绝缘子交直流放电的研究较多，但涉及超高压线路绝缘子的研究甚少，而对低气压、污秽、覆冰综合作用特殊环境中绝缘子串交、直流闪络特性及闪络电压校正的研究就更少^[1]，因此，对表征绝缘子污闪电压随海拔标高而下降的特征指数的取值尚有不同的看法。本文对多种超高压线路绝缘子在低气压、污秽和覆冰不同组合下的交直流放电特性和闪络电压校正公式及特征指数进行了较系统研究，为高海拔、污秽、覆冰综合作用下的超高压输电线路外绝缘设计提供技术参考。
2试验布置及试品
试验研究是在长4.0m、直径2.0m的人工气候室完成的，最低温度可达-40℃，最低气压可达34.7kPa，风速可在1-3m/s之间调节。图1是直流和交流试验原理电气布置示意图。交流高压由900kVA/150kV污秽试验变压器提供，其短路阻抗为8.25，试验变压器配套的10kV调压器的短路阻抗为8.34；试验变压器在输出电压150kV(有效值)时的最大短路电流为30A。直流高压由可控硅控制的直流试验电源提供，其动态压降在负载电流0.5A时小于5。因此，无论是交流电源还是直流电源，都满足IEC污秽试验对电源的要求。试验采用了悬式瓷绝缘子、防污瓷绝缘子、玻璃绝缘子及棒型合成绝缘子。试品基本参数如表1所示。3无覆冰时气压、污秽对闪络电压的影响
3.1试验方法
人工污秽采用固体涂层法。试验时附盐密度(SDD)取0.03、0.05、0.10、0.20mg/cm²，灰密度取2.0mg/cm²。绝缘子先由化学纯氯化钠和硅藻土染污，待污秽层自然干燥后以3~5片组成串悬挂在人工气候室内，由人工雾湿润。当污秽层充分湿润且气压达到预定值后，用均匀升压法对绝缘子串进行闪络试验，每串进行4次闪络，取其中较低的3次闪络数据；在同一试验条件下，对同一种绝缘子选择3串进行试验，得到3串绝缘子共9次闪络电压，9次的平均值即为该试验条件下这种绝缘子串的闪络电压，从而得到每片绝缘子的平均闪络电压。
3.2试验结果及分析
图2、3分别表示污秽绝缘子交、直流闪络电压(U_f)与气压比(P/P₀)的关系。图2、3中：P为高海拔处的气压；P₀为试验室所在位置(232m)处的气压；r_SDD为盐密(mg/cm²)。由图2、3可以看出：无论是交流还是直流，不同污秽程度下污秽绝缘子的闪络电压均随着气压的降低(即海拔的升高)而下降；交流作用下污秽绝缘子闪络电压随气压而降低的程度比直流的情况更为明显。
图4、5表示绝缘子的污秽闪络电压随r_SDD的变化关系。图中：H为海拔高度,km；U_f为闪络电压。不同海拔下，闪络电压与r_SDD的关系可以拟合成幂函数的形式。在高海拔地区，r_SDD对闪络电压的影响规律与海拔1000m以下地区相似，即随着r_SDD增加，U_f闪络电压呈幂函数下降趋势。由此，作者认为，可将污秽作为独立因数来分析。3.3闪络电压的校正
3.3.1闪络电压的气象因素影响校正
试验室海拔高度为232m，为分析方便起见视为零海拔。绝缘子闪络电压与气压的关系可表示为^[1-5]

式中U(或U₀)和P(或P₀)分别表示海拔高度H(或零海拔高度)时绝缘子的闪络电压和气压；n为气压或海拔高度影响的特征指数，其值在0-1之间，表示气压或海拔高度对绝缘子闪络电压影响的程度。
从上式看出：海拔高度H处，气压为P，绝缘子的闪络电压取决于特征指数n，并随着气压降低而降低。根据图2、3的试验结果，由式(1)可得到不同污秽程度下的海拔影响的特征指数n、零海拔下的闪络电压U₀及拟合的相关系数的平方R²如表2所示。从表2可知，绝缘子型式、电压类别及污秽程度对气压或海拔高度特征指数有一定影响，不同条件下特征指数n则有所不同：对于交流，海拔特征指数n值在0.44-0.65之间，平均为0.57；对于直流，海拔特征指数n值在0.35-0.56之间，平均为0.44。也就是说，在交流电压作用下，海拔影响特征指数的平均值比直流电压作用下大，即海拔或气压对交流绝缘子闪络电压的影响比直流严重。
由文献[2,3]的海拔和气压之间的关系可得H处的闪络电压U_f和闪络电压变化ΔU分别为
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